Linux环境下字符设备驱动开发入门

前言

这篇文章主要总结了我学习嵌入式系统中，一个字符设备驱动的构建和运行过程。这篇总结中我会尽量简洁地告诉你在Ubuntu（Linux）中字符设备驱动的编程方式，一个简单的模块用C如何进行构建，并且如何将它作为内核模块动态地加载和卸载，你能够看到这个字符驱动设备在系统日志中的记录。

在这篇当中，我们会将重点放在程序结构和编译运行加载过程，关于字符设备和环境等等将不做详细介绍。

主要内容

字符设备驱动的主要结构和编写

字符设备驱动的Makefile编写

将驱动作为动态模块进行加载

为了简洁明了，我们以一个加载时和卸载时候打印hello的驱动为例进行说明。

字符驱动的结构

首先需要声明该设备的主设备号

TEST_MAJOR

和设备名称

drv_name

。

其次实现关于设备的函数，一般包括

open()

,

release()

,

read()

,

write()

，后面用户操作的时候，kernel实际会调用 这些函数。

声明一个

file_operation

结构体，然后使用标记化结构初始化语法进行初始化（关于这个可以参考标记化结构初始化，C Primer Plus中也有较为详细的介绍，请参考结构相关章节）。这一步的操作将结构体中的内容和我们的实现函数进行一次“绑定”。

实现

init()

函数，并且在函数内使用

register_chrdev(TEST_MAJOR,drv_name,&chardev_fops)

函数进行设备号的注册；

实现

exit()

函数，并在函数内部使用

unregister_chrdev(TEST_MAJOR,drv_name,&chardev_fops)

函数对设备进行注销操作。

最后记得使用

module_init(test_init);module_exit(test_exit);

将设备看作模块进行注册注销关联。

下面我们将给出这个hello.c程序：

#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/fs.h>

#define TEST_MAJOR      233         //定义主设备号
static char drv_name[] = "test";       //定义主设备名

//自己实现的打开函数
static int test_chardev_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
printk("open major=%d, minor=%d\n", imajor(inode), iminor(inode));
return 0;
}

//自己实现的释放函数
static int test_chardev_release(struct inode *inode,struct file *file )
{
printk("close major=%d, minor=%d\n", imajor(inode), iminor(inode));
return 0;
}

//标记化结构体初始化
static struct file_operations chardev_fops={
.owner = THIS_MODULE,
.open = test_chardev_open,
.release = test_chardev_release,
};

//初始化注册设备
static int  __init  test_init(void)
{
printk("Hello Mr.Bubbles\n");
if(register_chrdev(TEST_MAJOR,drv_name,&chardev_fops))
{
printk("fail to register device \n");
return -1;
}
return 0;
}

//注销设备
static void  __exit  test_exit(void)
{
printk("Goodbye，Mr.Bubbles!\n");
unregister_chrdev(TEST_MAJOR,drv_name);

}

//进行关联
module_init(test_init);
module_exit(test_exit);

//声明许可证
MODULE_LICENSE("GPL");

字符驱动的Makefile文件

我们直接放上Makefile文件的代码：

obj-m := hello.o
KERNELDIR := /lib/modules/4.4.0-22-generic/build
PWD := $(shell pwd)

modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
rm –rf  *.o  *~ core  .depend .  *.cmd  *.ko  *.mod.c  .tmp_versions

在这里我们需要声明以下内核所在的位置，因为我们的驱动将作为一个模块单独编译进内核中去。

-C

进入内核目录，

M

返回当前模块的目录。关于详细的驱动Makefile中的细节，给出以下的参考文章：

1. Linux下的makefile编写详解

2. Linux内核模块的编译基础知识

3. linux设备驱动makefile入门解析

4. 内核 __init与__exit

5. linux内核及驱动开发中有关__init,__exit和__initdata的用法

编译、加载和卸载模块

我们的驱动编写工作可以说是进入了收尾阶段，下面就需要进行编译和加载。首先这是未编译的状态：



然后我们执行

make

指令：



这里我们可以清楚的看到shell进入了内核执行了makefile然后回到当前目录生成ko文件。这个就是我们的模块文件。在当前目录下我们执行

insmod

指令就可以将我们的模块动态进行加载。



这里的效果我们需要通过系统日志才能看到，打开/var/log/syslog文件就可以看到（中间的“Hello,Mr.Bubbles”）：



然后我们尝试进行卸载，使用

rmmod

就可以卸载当前的模块 ：



最终模块被成功卸载，显示“Goodbye,Mr.Bubbles!”字样。

小结

虽然是考试前的复习，但是如果不自己动手亲自写一下的话是体会不到其中的乐趣的，当然这个介绍只是一点简单的总结，很多细节都被略过了，要对其有更好地了解还需要自行补更多的知识，当然，Embedded System还有很多好玩的东西，希望这篇可以帮助我回顾，同时与大家共勉。

欢迎提出各种意见和建议，共勉。

对了，以前扒数据就发现有直接粘贴不贴出处的，这样可不好啊，这些人注意下0_0